吹气法液位测量系统在化工装置中的应用

2015-01-13张妍妍

化工自动化及仪表 2015年11期

张妍妍

(惠生工程(中国)有限公司，郑州 450018)

吹气法是一种典型的液位测量方法[1]，属差压式液位测量。吹气法液位计适用于测量高温、有腐蚀、含大量粉尘或颗粒介质的液位[2]，在化工装置中有很多工艺设备的液位都采用吹气法进行测量。HG/T 21581-2012《自控安装图册》中，编入了采用吹气法测量常压或有压设备液位的安装图，作为液位测量仪表管路连接的任选图。

化工生产装置中有许多液位的测量环境复杂，在工程设计中，采用吹气法液位计进行测量，能够取得较好的效果。笔者在介绍吹气法液位计工作原理、吹气装置结构的基础上，以某合成氨尿素项目硫回收装置液硫池液位的测量为例，介绍该类液位计的工程设计、安装和使用维护经验。

图1 吹气法液位测量原理

2 吹气装置

吹气装置是吹气法液位计的重要部件，采用金属管浮子流量计或转子流量计与恒流阀配合，构成流量吹扫装置，实现流量测量并确保流量恒定输出。吹气装置中最重要的元件是恒流阀，是在压力变化的情况下确保流量保持恒定的装置。吹气装置的结构示意图如图2所示。

根据图2所示的吹气装置结构示意图，以恒定入口压力为例，可以看出，弹性膜片受到的向上作用力为p2A+p1a，弹性膜片受到的向下作用力为p3A+p2a+F，在压力处于平衡状态时，即p2A+p1a=p3A+p2a+F时，作为压力调节器膜片的压差p2-p3，可以得到p2-p3=F/A-a/A·(p1-p2)。由于a

当测量介质是不可压缩液体时，RE压力调节器可用于出口压力变化。对于公式p2-p3=F/A-a/A(p1-p2)，由于p1是恒定的，p3是变化的，因此p3变为p3+Δp，p2变为p2+Δp，所以C(恒定值)=p2-p3。压力调节器有RE和RA两种，RE适用于液体或气体，一次压力变化二次压力稳定；RA适用于气体，一次压力稳定二次压力变化。可根据需要选择不同的压力调节器。

图2 吹气装置结构示意图

3 工程实例

某合成氨尿素项目硫回收装置中，液硫池的液位测量是一个比较重要的测量参数。液硫池V3405的工艺介质为液硫，其中还存在液相和气相H2S，具有腐蚀性，介质密度1 778kg/m3，温度135～150℃，粘度8.5mPa·s。液硫池是常压设备，安装于室外地下，混凝土结构，设备高2.5m。

因为液硫介质易结晶，硫池内采用蒸汽管加热，无法采用非接触式的测量方法，如放射性液位计等。如果选择雷达液位计，由于设备内有腐蚀性气体H2S，雷达液位计天线表面经常会出现硫蒸气结晶挂料，使得雷达反射波受到干扰，液位计测量受到严重影响。为此，需要仪表维护人员经常拆装清理天线上的硫蒸气结晶。仪表维护工作量大、作业频繁，且作业现场有大量H2S气体泄漏，因而大幅增加了维修人员现场作业的危险性。液硫池液位的长期无法正常测量严重影响了装置的正常运行。虽然雷达液位计技术先进，但不宜应用于液硫池液位测量环境。

选择吹气法测量液位，其结构简单、使用方便、维护工作量小，因此适用于像液硫池之类的地下储罐等场合。气源用仪表空气来吹，吹气装置出口压力变化范围0～45kPa，选择吹扫流量计的流量范围0.025～0.250Nm3/h。设计时除了编制差压液位变送器的仪表规格书外，还需编制吹扫转子流量计(吹气装置)的仪表规格书。

仪表的具体安装如图3所示的吹气法测量常压设备液位管路连接，其中吹气管的规格为DN15mm，伸入储罐内部距底部100mm。稳波管由设备专业提供，需要给设备专业提供仪表安装条件，要求稳波管内壁和流通孔必须光滑无毛刺，孔径小于管径的1/10。稳波管应有支架与设备内壁固定，支架的规格、数量和固定方式由设备专业确定。止回阀的作用是保护吹气装置，防止腐蚀性介质倒流回吹气装置。

图3 吹气法测量常压设备液位管路连接示意图

采用吹气法液位计时的注意事项：吹气管的管口应距离设备底部50～100mm，以利于吹气管中气泡的逸出，这部分的高度为液位测量盲区[4,5]；吹气装置和差压变送器的安装标高应该高于设备内最高液面的标高，以防止液体倒流；当测量有压设备的液位时，需要设置两根吹气管，一根短管在设备顶部液面上方，一根长管伸入设备底部，再分别设置两路吹气装置；吹气流体除采用仪表空气外，还可以使用氮气、蒸汽冷凝液、冲洗水以及与被测对象工艺介质不发生化学反应的流体。